三电平三相VIENNA PFC基本原理

三电平三相VIENNA结构具有元件数量少、各相驱动信号不需要死区时间的优点，广泛应用于大功率电源的PFC中，如电动汽车充电桩，工业电源。

图1：电动汽车充电桩

图2：三电平三相VIENNA PFC电路

1、基于单相PFC向三电平单相VIENNA PFC结构的演变

图3的电路结构为正、负半周分别控制的单相PFC，经常应用于在线式UPS。

图3：正、负半周分别控制的单相PFC

图4：正、负半周电路各加二个单向导通二极管

图5：正、负半周电路的电感换位

图6：输入电感合并

图7：图形调整

图8：图形调整

电路工作在负半周，B点左边输入二极管反偏，B、B1连接在一起不影响电路的工作。

电路工作在正半周，Q1导通，B、B1点均为地电位；Q1关断，B点为高电位，B1点右边二极管反偏，B、B1连接在一起不影响电路的工作，因此，B、B1点可以连接在一起。同样，C、C1也可以连接在一起。

B、B1点合并，同时C、C1点合并后电路图所图9所示。

图9：B、B1点合并，C、C1点合并

图10：MOSFET合并

经过上面的变形，就形成的基本的单相三电平VIENNA PFC。三个单相三电平VIENNA PFC组合在一起，就组成三相三电平VIENNA PFC。

2、单相三电平VIENNA PFC工作原理

单相三电平VIENNA PFC工作原理有4个模式，分析如下。

2.1、A相为正电流，ua>0

(1)、模式1：Sa开通，VF=VM，A相电流ia的方向为：

N-La-Da1-Sa-Da2-M

ia>0

uLa=ua>0

图11：模式1

(2)、模式2：Sa 关断，VFM=Vdc/2，A相电流ia的方向为：

N-La-Da1-Da5-C1-M

C1充电。

图12：模式2

2.2、A相为负电流，ua<0

(3)、模式3：Sa开通，VF=VM，A相电流ia的方向为：

M-Da3-Sa-Da2-La-N

ia<0

uLa=ua<0

图13：模式3

(4)、模式4：Sa 关断，VFM=-Vdc/2，A相电流ia的方向为：

M-C2-Da6-Da4-La-N

C2充电

图14：模式4

三相三电平VIENNA PFC的功率MOSFET开通和关断波形如图15、图16所示，测量条件：Vac=380Vac，Vo=750V，Io=20A。

图15：开通波形

图16：关断波形